Fördermittelgeber

 


Das Projekt HYBKomp wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

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ptj

Das Projektmanagement des Forschungsprojekts HYBKomp wird durch den Projektträger Jülich (ptj) betreut.

 

 

 

 

 

 

Aktuelles aus dem Projekt

 

Auftakttreffen am 18. September 2017 in Dortmund

 

Bereits kurz nach dem offiziellen Projektstart traf sich das Projektkonsortium am Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft (ie3) der TU Dortmund. Im Rahmen des Treffens wurden die Projektziele nochmals gemeinsam diskutiert und über grundlegende Fragen des Anlagenaufbaus gesprochen. Ebenso wurden erste Schritte, insbesondere bezüglich abzustimmender Informationen vereinbart. Das nebenstehende Gruppenfoto zeigt von links nach rechts 1. Reihe Dr. Anna Grevé (UMSICHT), Prof. Johanna Myrzik (IE3), Peter Schwerdt (UMSICHT), Jan Girschick (UMSICHT), Ingo Bresgen (KAUTZ), Gerhard Meindl (SWW, EVW), Michael Steglich (IE3); 2. Reihe: Klaus Peter Kopper (STORNETIC), Willi Horenkamp (IE3), Ralf Böhm (FAPS), Björn Bauernschmitt (IE3), Markus Eichhorn (SWH), Martin Paulsburg (FAPS), Christopher Schneider (SWH)

 

 

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Spannungsqualitaet

Projekttreffen in Dortmund am 07. Dezember 2017 in Dortmund

 

Im Rahmen des zweiten Projekttreffens wurden erste Arbeiten der Konsortial-partner vorgestellt und intensiv über die Abstimmung der unterschiedlichen Komponenten aufeinander diskutiert. So gilt es, genaue Kenntnis über die Reaktionszeiten der Speichertechnologien zu erlangen, deren Verhalten am internen Gleichspannungskreis der Anlage zu beschreiben und auch mögliche Wechselwirkungen zwischen den leistungselektronischen Komponenten sicher zu beherrschen. Auch wurde über den Aufstellort der Anlage im Netzgebiet diskutiert, der so gewählt werden soll, dass von dort aus möglichst gut auf die Spannungsqualität im Netz Einfluss genommen werden kann. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse soll nun alsbald mit Messungen zur Bestimmung der Spannungsqualität im Netz der Stadtwerk Haßfurt GmbH begonnen werden.

 

Spannungsqualität im betrachteten Verteilnetzgebiet

 

Zur Beurteilung der tatsächlichen Situation am Anstallationsort der hybriden Kompensationsanlage wurden an mehreren interessanten Punkten im Netz temporär Spannungsqualitätsmessgeräte installiert. Ausgewählt wurden die Übergabgestation zwischen Mittelspannungsebene und Hochspannungsebene, eine Ortsnetzstation in einem Industriegebiet mit signifikanter Einspeisung aus Photovoltaikanlagen sowie die Station des Anschlusses eines Windparks an das Mittelspannungsnetz. Über einen Zeitraum von zwei Monaten wurden Parameter der Spannungsqualität aufgezeichnet. Auf Basis der gemessenen Daten werden Analysen hinsichtlich der Spannungsqualität durchgeführt. So können die gemessenen Signale rekonstruiert werden und die Anteile einzelner Oberschwingungen abgelesen werden.

AnteileHarmonische
MPQG

Welche Parameter der Spannungsqualität sind relevant?

 

Als bedeutend gelten vor allem diejenigen Parameter der Spannungsqualität, deren maximale Abweichung in Normen geregelt sind. Im Fall der Mittelspannungs-Verteilnetze ist dies insbesondere die Norm DIN EN 50160 – Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzwerken. Diese gibt Höchstwerte für einzelne Harmonische – also ganzzahlige Oberschwingungen der Grundfrequenz von 50 Hertz – vor und enthält auch ein Maß für die Gesamtbelastung mit Oberschwingungen. Ein weiterer interessanter Parameter ist die Unsymmetrie des Systems, die davon abhängt, wie sehr die Spannungen zwischen den drei Phasenleitern voneinander abweichen. Schließlich ist auch der Winkel, um den die Spannungssignale und Ströme je Phase verschoben sind, von Interesse.

Wie können die Speicher der Anlage in der Steuerung abgebildet werden?

 

Damit eine Steuerung und Regelung der Energiespeicher der Anlage bzw. ein optimaler Betrieb des hybriden Energiespeichersystems erfolgen kann, ist es erforderlich das Verhalten der Speicher in Modellen nachbilden zu können. Diese Modelle beschreiben sämtliche relevante Vorgänge im jeweiligen Speicher auf mathematische Weise, so dass jederzeit die Reaktion des Speichers auf eine bestimmte Belastung, z. B. eine definierte Leistungsabgabe, berechnet werden kann. Indem wesentliche Zustandsvariablen der Speicher aktualisiert werden, können auch beliebige Lade- und Entladezyklen evaluiert werden und der Einfluss speicherinterner Parameter wie des Ladezustands auf das Verhalten abgeschätzt werden. Weitere Steuerungsrelevante Parameder der Speicher, wie maximale und minimale zulässige Ladegrade (state of charge), Restriktionen hinsichtlich Betriebstemperatur oder ladegradabhängige Limitierungen der Leistung können ebenfalls im Modell und in der Steuerung hinterlegt werden und so ein Betrieb der Speicher außerhalb der Spezifikation ausgschlossen werden.

Wie wird Leistung effizient innerhalb eines hybriden Speichersystems verteilt?

 

Bei Betrieb eines Energiespeichers kann stets nur ein Teil der zugeführten Energiemenge wieder aus dem Speicher zurückgewonnen werden. Die Energieumwandlungsstufen des Ladens der Energie in den Speicher sowie des Entladens sind Verlustbehaftet. Weiterhin Entstehen vielfach Verluste beim Halten der Energie im Speicher, die sogenannten Ruheverluste. Weiterhin wird für den Betrieb des Speichersystems, für Nebenaggregate oder die Steuerung unmittelbar elektrische Energie aufgewendet, die mit der rückgewonnenen Energiemenge zu verrechnen ist. Insgesamt besteht ein Interesse daran, möglichst viel der eingesetzten elektrischen Energie zurückzugewinnen. Entsprechend liegt der Fokus des Betriebs des hybriden Speichersystems auf der Energieeffizienz der Speicheroperationen. Im Rahmen der Forschungsaktivitäten wird ein Ansatz untersucht, der für alle möglichen Kombinationen für die Verteilung einer bestimmten Leistung auf das Speichersystems in Abhängigkeit des aktuellen Ladezustands sowie wesentlicher Umgebungsvariablen den höchstmöglichen wirkungsgrad berechnet. Bei diesem Ansatz wird zunächst das Band der möglichen Leistungswerte in gleich große Leistungsschritte unterteilt. Indem die Leistungsbänder beider Speicher in ein zweidimensionales, kartesisches Koordinatensystem übertragen werden wird der Lösungsraum der möglichen Leistungskombinationen grafisch beschrieben. Kombinationen gleicher Leistung befinden sich hier auf derselben Diagonalen. Nach Berechnung der Wirkungsgrade der Kombinationen auf der betrachteten Diagonalen und Bestimmung des Maximalwerts ist die optimale Leistungsverteilung auf die Speicher bestimmt.

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StrukturHYBKomp

Aufbau und wesentliche Elemente der hybriden Kompensationsanlage

 

Integraler Bestandteil der hybriden Kompensationsanlage ist ein Stromrichter mit weitgehend arbiträr parametrierbarer Pulsweitenmodulation. Bei diesem kann die Signalform der drei Phasen des Netztes entsprechend der Erfordernisse aus dem Netz eingestellt werden. Dieser Stromrichter wird über einen Transformator mit dem Mittelspannungsnetz verbunden, da ein Betrieb geeigneter Leistungshalbleiter bei einem Spannungsniveau von 20 Kilovolt nicht möglich ist. Das Speichersystem ist an der Gleichspannungsseite des Stromrichters angeschlossen. Beide Speicher sind mit einem gemeinsamen Gleichspannungssystem verbunden (single shared bus). Durch geeignete Regelung der Speicher sowie es Netzstromrichters ist somit ein Leistungsaustausch zwischen Netz und Speicher sowie zwischen den Speichern selbst möglich. Die hierbei erforderliche Aufgabe der Stabilisierung der Spannung des Zwischenkreises übernimmt hierbei der Netzstromrichter. Die Steuerung der Anlage, welche alle Einrichtungen des Systems parametriert, wird weiterhin mit der Leitstelle des Netzbetreibers informationstechnisch verbunden. So wird die Anlage aus der Leitstelle wartbar und ihr Verhalten kann an Bedürfnisse des Netzbetreibers angepasst werden.